Результат интеллектуальной деятельности: СМОТРОВОЙ ДРЕНАЖНЫЙ КОЛОДЕЦ ДЛЯ ПУЧИНИСТЫХ ПОЧВОГРУНТОВ

1. Область техники

Изобретение относится к области сельского хозяйства - комплексной мелиорации агроландшафтов и может быть применено как при осушении земель сельскохозяйственного назначения закрытым дренажом, так и при эксплуатации построенных дренажных систем, их ремонте и реконструкции. Не исключается и возможность его использования при осушении закрытым дренажем территорий сельских и городских поселений.

2. Уровень техники

Известен смотровой дренажный колодец, включающий цилиндрический корпус из железобетонных стеновых колец одного диаметра. При этом корпус состоит из кольца с днищем, n-го количества проходных колец, в том числе доборных, и кольца с крышкой. Он также снабжен входящими и выходящей трубами закрытых коллекторов, подготовкой под кольцо с днищем, засыпкой котлована вынутым почвогрунтом и присыпкой им от поверхности почвы до верха колодца, расположенного выше ее не меньше, чем на 20 см (Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник / Коллектив авторов; Сост. Е.И. Кормыш; Под ред. Б.С. Маслова. - М.: Ассоциация «Экост», 2001. - С. 366…368, прототип).

Известно, что в осушении почв при устройстве смотровых колодцев применяют в основном тонкостенные стеновые кольца с толщиной стенки 6…8 см (Серия 3.820 - 9, выпуск 5. Конструкции круглых колодцев).

Осушаемые на практике минеральные почвогрунты, как правило, в основном связные, их относят к пучинистым. Устойчивость колодца под действием сил морозного пучения почвогрунта при его промерзании нуждается в дополнительном рассмотрении.

Опыт многолетней эксплуатации рассматриваемых тонкостенных конструкций дренажного смотрового колодца показал, что ее недостатком является невысокая эффективность работы колодца в пучинистых почвогрунтах: наблюдается при морозном пучении отрыв верхнего кольца колодца от нижнего (под ним установленного), имеет место и его перекос и даже смещение в горизонтальной плоскости. При этом еще более значительные разрушения имеют место при устройстве колодца из кирпича. Кроме отмеченного, имеет место повреждение верха колодца работающей на поле сельскохозяйственной техникой. При этом отмечено, что срок службы крышки колодца значительно меньше, чем срок службы колец.

Деформации вследствие морозных сил пучения нередко приводят и к нарушению соединения с колодцами асбестоцементных труб, сопрягающих закрытые коллекторы с колодцами, - их срезанию по наружной поверхности колодца. Последнее наиболее часто имеет место при отсутствии крышки на колодце или при ее старении и деформации, что приводит к промерзанию и пучению и основания колодца. Устойчивость колодца под действием касательных сил морозного пучения почвогрунта, прилегающего к его боковой поверхности, не обеспечивается. При этом в наиболее неустойчивом положении находится верхнее кольцо. Отдельные элементы колодца (кольца и трубы закрытых коллекторов) накапливают остаточные перемещения, вызываемые силами морозного пучения почвогрунта, по-разному, что недопустимо. В результате отмеченного выше имеем последующее интенсивное поступление почвогрунта в колодец. При этом, как правило, появляется угроза нарушения и нормальной работы дренажа.

На это обращают внимание и лениниградские мелиораторы (А.И. Климко, М.Б. Черняк, Ю.Г. Янко. Справочник мелиоратора / Под научной ред. В.И. Шлыкова. - СПб.: Изд-во Политехн., ун-та, 2009. - С. 102): «Для предотвращения отрыва верхнего кольца колодца при морозном пучении и последующего интенсивного заиления колодца в пучинистых грунтах для обратной засыпки котлована колодца (на высоту до примыкающих труб) необходимо применять песок». Недостатки: во-первых, песок может быть пучинистым; во-вторых, нет обоснования, почему следует засыпать песком «на высоту до примыкающих труб»? Нередки и другие предложения: пазуху между стенкой колодца и откосом котлована под колодец на всю высоту засыпать песком. Необходимо заметить, что засыпать весь котлован песком, карьеров которого, как правило, рядом с объектами осушения нет, чрезмерно дорогое действие.

3. Раскрытие предлагаемого изобретения

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в повышении надежности конструкции колодца из тонкостенных колец для пучинистых почвогрунтов за счет повышения, в первую очередь, устойчивости колодца против касательных сил морозного пучения почвогрунта.

Технический результат заключается в повышении качества работ по монтажу колодца из тонкостенных колец при одновременном снижении затрат времени и труда, в увеличении срока службы колодца без ремонта в пучинистых почвогрунтах при одновременном снижении затрат как на его строительство, так и на его эксплуатацию, а также в повышении надежности, долговечности и эффективности действия закрытого дренажа.

Решение поставленной перед изобретением задачи достигается тем, что смотровой дренажный колодец для пучинистых почвогрунтов включает цилиндрический корпус из железобетонных стеновых тонких колец одного диаметра. При этом корпус состоит из кольца с днищем, n-го количества проходных колец, в том числе доборных, и верхнего кольца с крышкой. Колодец включает также входящие и выходящую трубы закрытых коллекторов, подготовку под кольцо с днищем, засыпку котлована вынутым почвогрунтом и присыпку им от поверхности почвы до верха колодца, расположенного выше ее не меньше, чем на 20 см. Железобетонные стеновые тонкие кольца, составляющие цилиндрический корпус колодца, жестко соединены между собой. При этом доборные кольца установлены в нижней части корпуса, а подготовка под кольцо с днищем выполнена из непучинистого грунта, например гидрофобного, с уплотнением. Из этого же грунта с уплотнением выполнена и обсыпка колодца с глубины, соответствующей расчетной глубине промерзания почвогрунта h_p р-процентной вероятности превышения в месте установки колодца, до поверхности почвы. Причем толщина слоя обсыпки δ возрастает с глубиной от минимальной на поверхности почвы δ_min, обусловленной принятой технологией производства работ, до максимальной δ_max на глубине, соответствующей h_p. При этом значение δ_max установлено в зависимости от степени морозной пучинистости почвогрунта, определяемой по гранулометрическому составу почвогрунта и глубине залегания поверхности почвенно-грунтовых вод относительно нижней границы промерзания почвогрунта, соответствующей h_p, обеспечивая устойчивость колодца против сил морозного пучения почвогрунта при толщине слоя обсыпки колодца непучинистым грунтом δ_min≥20 см, а δ_max в среднепучинистых почвогрунтах не менее 30 см, в сильнопучинистых не менее 45 см и в чрезмернопучинистых не менее 60 см. Кроме того, глубина заложения впадающих в колодец закрытых коллекторов h_зк>h_p., а присыпка вокруг верха колодца имеет ширину b≥h_p. Колодец дополнительно снабжен внутренней крышкой, установленной на кольцевом выступе с утепляющей прокладкой, выполненном на внутренней поверхности железобетонного стенового кольца ниже уровня поверхности почвы.

4. Осуществление предполагаемого изобретения

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена схема продольного разреза заявленного смотрового дренажного колодца для пучинистых почвогрунтов. При этом приняты следующие обозначения: 1 - котлован под колодец, 2 - подготовка из непучинистого грунта под кольцо-днище 3; 4 - проходные кольца, 4_а - то же, «доборные» кольца; 5 - верхнее кольцо, 6 - внешняя крышка из железобетона, 7 - впадающие в колодец закрытые коллекторы, 8 - труба вытекающего из колодца закрытого коллектора, 9 - засыпка котлована вынутым почвогрунтом, 10 - обсыпка колодца непучинистым грунтом, 11 - присыпка вынутым почвогрунтом от поверхности почвы до верха колодца, 12 - внутренняя крышка на кольцевом выступе 13 с утепляющей прокладкой.

Морозным пучением называют увеличение объема почвогрунта при его промерзании в результате перехода воды в лед и миграции влаги к фронту промерзания. Изменение объема почвогрунта обнаруживается в природных условиях в поднятии дневной поверхности в процессе сезонного промерзания и опускания ее при оттаивании. В результате этих объемных изменений происходят объемные деформации. Это наносит повреждения сооружениям.

Почвогрунт пучинистый - это дисперсный почвогрунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда. Степень морозной пучинистости почвогрунта характеризуют показателем ε - относительной внутриобъемной деформацией промерзающего почвогрунта, приводящей к увеличению его объема вследствие кристаллизации поровой и мигрирующей воды с образованием кристаллов и линз льда. По ГОСТ 28622-2012 для непучинистых почвогрунтов ε<10, слабопучинистых - 10≤ε<35, среднепучинистых - 35≤ε<70, сильнопучинистых - 70≤ε<100 и чрезмернопучинистых - 100≤ε. Известно также, что по показателю ε к непучинистым почвогрунтам относят песчаные почвогрунты, содержащие частицы размером менее 0,05 мм - менее 2% от общей массы, а, например, покровные суглинки содержат этих частиц от 78 до 98%. По показателю ε к непучинистым почвогрунтам относят и крупнообломочные почвогрунты, содержащие глинистый заполнитель, частицы размером менее 0,01 мм - менее 10% от общей массы, а мореные суглинки содержат этих частиц от 20 до 50%.

Применительно к конкретному объекту осушения степень морозной пучинистости почвогрунта устанавливают в процессе изысканий для глубины промерзания, соответствующей h_p.

Применительно к смотровым колодцам пучинистый почвогрунт при промерзании усиливает давление на стенку колодца. При поднятии мерзлого почвогрунта под воздействием касательных сил морозного пучения нередко поднимаются и верхние кольца колодца, к боковой поверхности которых зачастую примерзает окружающий ее почвогрунт. При этом имеет место как перекос колец, так и их смещение в горизонтальной плоскости, что обусловлено неравномерностью распределения касательных сил морозного пучения почвогрунта по боковой поверхности колодца. Вспучивание почвогрунта происходит неравномерно. Неравномерные глубина промерзания и пучение почвогрунтов - главная причина коварства пучинистых почвогрунтов. В результате полнота соединения между верхним и следующим кольцом нарушается, в образовавшуюся щель почвогрунт поступает в колодец, создавая условия для заиления отстойника колодца и в последующем - закрытого коллектора и впадающих в него дренажных линий.

В предлагаемом изобретении рассмотрена усовершенствованная конструкция смотрового дренажного колодца, включающая систему мер по повышению надежности колодца, позволяющая предотвратить смещение верхней части корпуса смотрового дренажного колодца, находящейся в зоне расчетной глубины промерзания, под действием сил морозного пучения в пучинистых почвогрунтах, в первую очередь в местах устройства колодцев, где в зимний период практически отсутствует по разным причинам снежный покров (сдувание снега ветром, очистка площади от снега и др.), предохраняющий почвогрунт от глубокого его промерзания. При этом отдельные элементы колодца (кольца и трубы закрытых коллекторов) не накапливают остаточных перемещений, вызываемых силами морозного пучения почвогрунта. Это достигается за счет применения пластин-стяжек на болтах, обеспечивающих работу колодца под действием сил морозного пучения почвогрунта как единого целого. Против неравномерности сил морозного пучения почвргрунта применена также и обсыпка колодца в зоне расчетной глубины промерзания непучинистым грунтом. Применение глубины заложения труб, присоединяемых к колодцу, большей расчетной глубины промерзания почвогрунта у колодца, обеспечивает надежную их работу.

Изобретение промышленно осуществимо. При установлении необходимого числа колец сопоставляют глубину колодца с высотой применяемого типоразмера колец. При этом вынуждены зачастую применять кольца разной высоты, в т.ч. и кольца минимальной высоты (так называемые «доборные» кольца). В качестве непучинистого грунта возможно применение и гидрофобного, состоящего из размолотого при оптимальной влажности грунта с добавкой безводного битума и дегтя.

Заявленная конструкция работает следующим образом. Использование в нижней части колодца колец меньшей высоты позволяет повысить значение силы, удерживающей верхние кольца от выпучивания, за счет увеличения общей массы колец, подвергаемых выпучиванию. Достигается это и за счет повышения силы трения боковой поверхности колодца о талый почвогрунт, расположенный ниже расчетной р-процентной вероятности глубины его промерзания h_p в месте устройства колодца. При этом применение обсыпки колодца непучинистым грунтом позволяет снизить воздействие силы выпучивания в зоне промерзания на кольца и колодец в целом, а внутренняя крышка и присыпка почвогрунта - сохранить поступающее снизу в колодец тепло и снизить вероятность промерзания основания колодца. В результате обеспечена устойчивость колодца под действием касательных сил морозного пучения почвогрунта как единого целого - расчетное значение касательных сил морозного пучения почвогрунта не превышает значение сил, удерживающих колодец от смещения.

5. Технический результат

Предложенная усовершенствованная конструкция смотрового дренажного колодца для пучинистых почвогрунтов обеспечивает решение поставленной задачи и ожидаемый технический результат.